5. Конструктивная разработка и расчет валов.

1. Конструктивная разработка и расчет быстроходного вала.

1. Выбор муфты.

Ориентировочно определяем диаметр участка вала под посадку муфты.

(5.1.1)

где [τ] – допускаемое напряжение на кручение для материала вала – 15 МПа;

Т₁ – крутящий момент на быстроходном валу, Нм;

Выбор муфты производим в зависимости от диаметра вала d_m.

Муфта 250-33-1.1. ГОСТ 21424-93.

Принимаем d_m= 33 мм; l_m= 80 мм; D_M= 100 мм.

Проверяем правильность выбора муфты.

(5.1.2)

где Т₁ – крутящий момент на быстроходном валу, Нм;

К_р = 1.1 – коэффициент безопасности.

1. Рис.1.2. Муфты упругие втулочно-пальцевые ГОСТ 21424-93

2. Разработка эскиза быстроходного вала.

Принимаем диаметр под уплотнение равным диаметру под подшипник (d_п принимать целым числом и кратным 5):

d_y = d_п = d_m+2t = 33+2·2.5 = 38 мм (5.1.3)

где t – буртик, принимаем 2,5;

Принимаем d_п = 33 мм.

По диаметру d_п выбираем ширину подшипника В (табл. 5.3)

В = 23 мм.

Рис. 1.3. Шарикоподшипники радиально-упорные однорядные ГОСТ 831-75

Определяем диаметр буртика под подшипник (табл. 5.1):

d_бп=d_п+2t=38+2·2.5=43мм (5.1.4)

Длину вала под уплотнение с учетом ширины манжеты, зазоров и толщины крышки принимаем: .

Определяем зазор Х между колесами и корпусом:

(5.1.5)

Принимаем Х = 8 мм.

Расстояние между опорами:

(5.1.6)

Длина консольного участка вала:

(5.1.7)

Рис. 1.4. Эскизная компоновка быстроходного вала

3. Выбор шпонки и проверочный расчет шпоночного соединения.

Выбираем шпонку по d_m с размерами b×h×l (табл. 5.4). Длину шпонки l выбираем по стандартному ряду на 5-10 мм меньше длинны посадочных мест сопряженных деталей.

Принимаем шпонку 8×7×30 ГОСТ 23360-78.

Проверяем условие прочности на смятие:

(5.1.8)

где Т₁ – крутящий момент на ведущем валу, Нм;

d – диаметр вала в рассматриваемом сечении, мм;

t₁ – величина заглубления шпонки в вал (табл. 5.4), мм;

h – высота шпонки, мм;

l_p – рабочая длина шпонки при скругленных торцах, мм;

(5.1.9)

b – ширина шпонки, мм;

При σ_см =69.1 МПа≤[σ]_см =150МПа условие прочности на смятие выполняется.

4. Определение сил, действующих на быстроходный вал.

Силы, возникающие в зацеплении:

окружная: (5.1.10)

радиальная: (5.1.11)

осевая: (5.1.12)

Дополнительная неуравновешеная радиальная сила от муфты:

(5.1.13)

где D_M – диаметр центров пальцев муфты (табл. 5.2), мм.

5. Определение реакций в опорах и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов.

Рассмотрим реакции в опорах от действия сил F_t и F_m в горизонтальной плоскости.

Сумма моментов относительно опоры А:

Сумма моментов относительно опоры В:

Проверка:

Условие выполнено.

Определяем реакции в опорах от действий сил F_r и F_a в вертикальной плоскости.

Сумма моментов относительно опоры А:

Сумма моментов относительно опоры В:

Проверка:

0=0 - Условие выполнено.

Определяем суммарные изгибающие моменты в предлагаемых опасных сечениях под шестерней и сечении II-II рядом с подшипником, ослабленных галтелью:

В сечении I-I:

(5.1.18)

В сечении II-II:

(5.1.19)

Эквивалентные моменты в указанных сечениях:

(5.1.20)

(5.1.21)

Определяем диаметры валов в этих сечениях:

(5.1.22)

(5.1.23)

Допускаемые напряжения на изгиб для валов и вращающихся осей принимаем [σ_изг] = 55 МПа.

Результаты сравниваем с размерами разработанной конструкции вала. При d₁ = 34.14 мм < d_f1 = 78 мм и d₂ = 32.86 мм < d_п = 38 мм условие прочности выполняется